Question

20．某興趣小組的實驗裝置如圖1所示，通過電磁鐵控制的小球從A點自由下落，下落過程中經過光電門B時，通過與之相連的毫秒計時器（圖中未畫出）記錄下擋光時間t，測出A、B之間的距離h．實驗前應調整光電門位置．使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束．

（1）用游標卡尺測得小球直徑如圖2所示，則小球直徑為1.14cm，某次小球通過光電門毫秒計數器的讀數為3ms，則該次小球通過光電門B時的瞬時速度大小為v=3.8m/s．
（2）若用該套裝置驗證機械能守恒，已知重力加速度為g，還需要測量的物理量為D．
A．A點與地面間的距離H   B．小球的質量m    C．小球從A到B的下落時間t_AB D．小球的直徑d．

Answer 1

分析 該題利用自由落體運動來驗證機械能守恒，因此需要測量物體自由下落的高度h_AB，以及物體通過B點的速度大小，在測量速度時我們利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，因此明白了實驗原理即可知道需要測量的數據．利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，由此可以求出小鐵球通過光電門時的瞬時速度，根據機械能守恒的表達式可以求出所要求的關系式．
游標卡尺的讀數等于主尺讀數加游標讀數，不需估讀．

解答 解：（1）游標卡尺主尺讀數為：1.1cm，游標尺上第4個刻度與上面對齊，故讀數為：4×0.1=0.4mm=0.04cm，
故最終讀數為：1.1cm+0.04cm=1.14cm；
利用小球通過光電門的平均速度代替瞬時速度，因此有：
v_B=$\fracocmom2e{t}=\frac{0.0114}{0.003}$m/s=3.8m/s
（2）A、根據實驗原理可知，需要測量的是A點到光電門的距離，故A錯誤；
B、根據機械能守恒的表達式可知，方程兩邊可以約掉質量，因此不需要測量質量，故B錯誤；
C、利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，不需要測量下落時間，故C錯誤；
D、利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測量小球的直徑，故D正確；
故選：D．
故答案為：①1.14，3.8；②D．

點評 解答實驗問題的關鍵是明確實驗原理、實驗目的，了解具體操作．掌握動能變化量和重力勢能減小量的求法，知道某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度．